本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，尤其是涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)恒定轉(zhuǎn)速控制模式下提升瞬態(tài)響應(yīng)性的控制方法。

背景技術(shù)：

1、發(fā)動(dòng)機(jī)作為車輛或者工程機(jī)械的動(dòng)力輸出裝置，是整個(gè)系統(tǒng)中的“心臟”，而發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的速度則是心臟的“脈搏”。對于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)，都有著最理想的工作轉(zhuǎn)速區(qū)間，控制發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在在此區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，對于節(jié)能減排、提高機(jī)器壽命等有著舉足輕重的作用。特別是在發(fā)電領(lǐng)域，要想保證發(fā)電頻率穩(wěn)定，就必須保證發(fā)電機(jī)組以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

2、目前來說，國內(nèi)外通常所采用的恒定轉(zhuǎn)速控制方法是pid調(diào)節(jié)，即比例(p)、積分(i)、微分(d)控制算法。采用p控制能較快的克服擾動(dòng)的影響，提高p的系數(shù)可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)性，但過大的系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成大幅度的游車；積分i能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，但有很強(qiáng)的滯后性，在負(fù)荷變化不大的穩(wěn)態(tài)場合能夠有很好的控制效果，但對于發(fā)電場合這種動(dòng)輒50％負(fù)荷變化的情況，容易使轉(zhuǎn)速在恢復(fù)的過程中，越過轉(zhuǎn)速設(shè)定值后不能及時(shí)“剎車”，反向偏離設(shè)定值；微分d具有預(yù)見性，能遇見偏差變化的趨勢，在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速即將恢復(fù)到設(shè)定值時(shí)，提前剎車，改善動(dòng)態(tài)性能，但微分對噪聲干擾有放大作用，發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸加工有偏差，傳感器信號受小幅干擾等都會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)下出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。pid三部分相加為最終的目標(biāo)扭矩百分比，解釋為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩與當(dāng)前轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)能輸出的最大扭矩之比，0表示不輸出，100表示最大輸出。綜上，現(xiàn)有的pid控制方法難以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)恒定轉(zhuǎn)速控制模式下提升瞬態(tài)響應(yīng)性的控制方法，能在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載瞬間大幅變化時(shí)快速改變發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩穩(wěn)定住發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)性。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種發(fā)動(dòng)機(jī)恒定轉(zhuǎn)速控制模式下提升瞬態(tài)響應(yīng)性的控制方法，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊周期性的實(shí)施所述控制方法，每次實(shí)施所述控制方法的周期為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射周期，所述控制方法包括以下步驟：

4、步驟1：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入恒定轉(zhuǎn)速工作模式時(shí)，對發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸信號周期進(jìn)行采樣，確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率與轉(zhuǎn)速值；

5、步驟2：根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化率與轉(zhuǎn)速值判斷發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)以及是否滿足狀態(tài)切換條件，所述發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)中的一種；

6、步驟3：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)由穩(wěn)態(tài)切換到瞬態(tài)時(shí)，根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化率，計(jì)算瞬態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)相對于穩(wěn)態(tài)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷偏移量，并根據(jù)所述負(fù)荷偏移量和發(fā)動(dòng)機(jī)由穩(wěn)態(tài)切換到瞬態(tài)前一控制周期的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)確定瞬態(tài)狀態(tài)下的目標(biāo)扭矩；

7、步驟4：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)由瞬態(tài)切換到穩(wěn)態(tài)時(shí)，根據(jù)穩(wěn)態(tài)切換到瞬態(tài)和瞬態(tài)切換到穩(wěn)態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的不同初始化傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制pid算法的積分項(xiàng)，利用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制pid算法計(jì)算目標(biāo)扭矩百分比，并查表得出穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的目標(biāo)扭矩；

8、步驟5：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所處狀態(tài)對應(yīng)的目標(biāo)扭矩，并微調(diào)其他控制參數(shù)設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩達(dá)到目標(biāo)值。

9、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟1包括以下步驟：

10、步驟1.1：消除系統(tǒng)誤差，統(tǒng)計(jì)曲軸每個(gè)齒的角度相對于曲軸一圈360°的比值，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)出廠試機(jī)倒拖固定轉(zhuǎn)速時(shí)記錄的曲軸齒號以及其對應(yīng)的曲軸信號間隔時(shí)間，計(jì)算出一圈里每個(gè)曲軸信號間隔時(shí)間與所有曲軸間隔時(shí)間總和之比，將所述比值存儲(chǔ)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的內(nèi)存中，記為數(shù)組r[n]＝{r1，r2，r3，…，rn}，其中，n代表曲軸齒號，n代表曲軸信號盤的總齒數(shù)；

11、步驟1.2：發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，每檢測到一個(gè)曲軸齒的邊沿信號，計(jì)算一次與相鄰曲軸信號的間隔時(shí)間，根據(jù)曲軸的齒號，選擇r[n]中的不同的比值計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，所述瞬時(shí)轉(zhuǎn)速值共計(jì)n個(gè)元素，以n[n]表示；

12、步驟1.3：發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，每檢測到一個(gè)曲軸齒的邊沿信號，計(jì)算一次與上一圈自身齒號的信號的間隔時(shí)間，所述間隔時(shí)間共計(jì)n個(gè)元素，以t[n]表示；

13、步驟1.4：發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，每檢測到一個(gè)曲軸齒的邊沿信號，根據(jù)最近3個(gè)齒計(jì)算的轉(zhuǎn)速，取其平均值作為平均轉(zhuǎn)速，所述平均轉(zhuǎn)速值共計(jì)n個(gè)元素，以表示；

14、步驟1.5：發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，每檢測到一個(gè)曲軸齒的邊沿信號，在計(jì)算平均轉(zhuǎn)速之前，將發(fā)動(dòng)機(jī)上一圈相同位置計(jì)算出的歷史平均轉(zhuǎn)速值拷貝到發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的內(nèi)存中，所述歷史轉(zhuǎn)速值共計(jì)n個(gè)元素，以表示；

15、步驟1.6：計(jì)算當(dāng)前曲軸齒的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速n與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定的恒轉(zhuǎn)速值的轉(zhuǎn)速偏差；

16、步驟1.7：計(jì)算當(dāng)前曲軸齒的平均轉(zhuǎn)速與歷史平均轉(zhuǎn)速的差，并除以當(dāng)前時(shí)刻與上一圈自身齒號的信號的間隔時(shí)間t，得出轉(zhuǎn)速變化率。

17、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟2具體為：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊上一檢測周期檢測的狀態(tài)，判斷所述轉(zhuǎn)速偏差及轉(zhuǎn)速變化率是否達(dá)到狀態(tài)切換條件，若滿足條件，則切換發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，若不滿足條件，則繼續(xù)沿用上一檢測狀態(tài)。

18、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述瞬態(tài)包括突加模式和突減模式。

19、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述狀態(tài)切換條件包括：

20、1)穩(wěn)態(tài)切換瞬態(tài)-突加模式的條件：

21、轉(zhuǎn)速偏差區(qū)間為(-∞，n1)，數(shù)值單位為轉(zhuǎn)/分鐘；

22、轉(zhuǎn)速變化率區(qū)間為(-∞，dn1)，數(shù)值單位為轉(zhuǎn)/分鐘/秒；

23、2)瞬態(tài)-突加模式切換穩(wěn)態(tài)的條件：

24、轉(zhuǎn)速偏差區(qū)間為[n1，0]，數(shù)值單位為轉(zhuǎn)/分鐘；

25、轉(zhuǎn)速變化率區(qū)間為(dn′1，+∞)數(shù)值單位為轉(zhuǎn)/分鐘/秒；

26、3)穩(wěn)態(tài)切換瞬態(tài)-突減模式的條件：

27、轉(zhuǎn)速偏差區(qū)間為(n2，+∞)，數(shù)值單位為轉(zhuǎn)/分鐘；

28、轉(zhuǎn)速變化率區(qū)間為(dn2，+∞)，數(shù)值單位為轉(zhuǎn)/分鐘/秒；

29、4)瞬態(tài)-突減模式切換穩(wěn)態(tài)的條件：

30、轉(zhuǎn)速偏差區(qū)間為[0，n2]，數(shù)值單位為轉(zhuǎn)/分鐘；

31、轉(zhuǎn)速變化率區(qū)間為(-∞，dn′2)，數(shù)值單位為轉(zhuǎn)/分鐘/秒；

32、各閾值n1，dn1，dn′1，n2，dn2，dn′2預(yù)先設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊中，其具體的數(shù)值由發(fā)動(dòng)機(jī)臺架實(shí)驗(yàn)得出。

33、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟3包括以下步驟：

34、步驟3.1：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)由穩(wěn)態(tài)切換到瞬態(tài)時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)速變化率，在動(dòng)態(tài)負(fù)荷偏移查詢表中查表得出動(dòng)態(tài)負(fù)荷偏移量，所述的動(dòng)態(tài)負(fù)荷偏移查詢表預(yù)先設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊中，動(dòng)態(tài)負(fù)荷偏移查詢表中設(shè)定了動(dòng)態(tài)負(fù)荷偏移量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率的對應(yīng)關(guān)系；

35、步驟3.2：記錄發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)由穩(wěn)態(tài)切換到瞬態(tài)前一控制周期的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)；

36、步驟3.3：將步驟3.1的動(dòng)態(tài)負(fù)荷偏移量與步驟3.2記錄的切換狀態(tài)前的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷相加，得出瞬時(shí)總負(fù)荷值，在預(yù)設(shè)的目標(biāo)扭矩查詢表中查表得出發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)時(shí)的目標(biāo)扭矩，所述目標(biāo)扭矩查詢表預(yù)先設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊中，目標(biāo)扭矩查詢表中設(shè)定了目標(biāo)扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的對應(yīng)關(guān)系。

37、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟4包括以下步驟：

38、步驟4.1：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)由瞬態(tài)切換到穩(wěn)態(tài)時(shí)，記錄發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)由瞬態(tài)切換到穩(wěn)態(tài)前一控制周期的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，

39、步驟4.2：根據(jù)穩(wěn)態(tài)切換瞬態(tài)，以及瞬態(tài)切換穩(wěn)態(tài)這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)所記錄的發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)控制pid算法的計(jì)算輸入項(xiàng)的不同，重新初始化目標(biāo)扭矩百分比的積分項(xiàng)，使得用傳統(tǒng)控制pid算法計(jì)算的目標(biāo)扭矩與瞬態(tài)切換穩(wěn)態(tài)前一控制周期通過步驟3計(jì)算的目標(biāo)扭矩相等，得出穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的目標(biāo)扭矩。

40、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷以及發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)控制方法的計(jì)算輸入項(xiàng)，所述計(jì)算輸入項(xiàng)包括轉(zhuǎn)速差、目標(biāo)扭矩百分比的積分項(xiàng)。

41、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述其他控制參數(shù)包括點(diǎn)火提前角、過量空氣系數(shù)和噴射壓力。

42、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述微調(diào)其他控制參數(shù)設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)具體包括：

43、微調(diào)點(diǎn)火提前角：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速差、燃料噴射量，在預(yù)設(shè)的點(diǎn)火提前角修正查詢表中查表得出發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角修正值；所述點(diǎn)火提前角修正查詢表預(yù)先設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊中，點(diǎn)火提前角修正查詢表中設(shè)定了點(diǎn)火提前角修正值與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速差和噴射量的對應(yīng)關(guān)系；

44、微調(diào)過量空氣系數(shù)：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速差、燃料噴射量，在預(yù)設(shè)的過量空氣系數(shù)修正查詢表中查表得出發(fā)動(dòng)機(jī)的過量空氣系數(shù)修正值；所述過量空氣系數(shù)修正查詢表預(yù)先設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊中，過量空氣系數(shù)修正查詢表中設(shè)定了過量空氣系數(shù)修正值與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速差和噴射量的對應(yīng)關(guān)系；

45、微調(diào)噴射壓力：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速差、燃料噴射量，在預(yù)設(shè)的燃料高壓共軌管的目標(biāo)軌壓修正查詢表中查表得出發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)軌壓修正值；所述目標(biāo)軌壓修正查詢表預(yù)先設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊中，目標(biāo)軌壓修正查詢表中設(shè)定了目標(biāo)軌壓修正值與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速差和噴射量的對應(yīng)關(guān)系。

46、本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)恒定轉(zhuǎn)速工作模式下提升瞬態(tài)響應(yīng)性的控制方法，在傳統(tǒng)控制方法的基礎(chǔ)上優(yōu)化了瞬時(shí)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速變化率的計(jì)算，進(jìn)一步劃分出瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)工況分別通過兩種方式計(jì)算目標(biāo)扭矩。其中瞬態(tài)狀態(tài)下的算法為通過轉(zhuǎn)速變化率預(yù)估發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷偏移量，然后根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷偏移量，進(jìn)一步計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)扭矩；穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下算法沿用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制算法，但能夠在狀態(tài)改變時(shí)平滑切換目標(biāo)扭矩輸出。

47、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

48、(1)本發(fā)明能夠更合理的調(diào)試出穩(wěn)態(tài)工況最佳的pid參數(shù)，發(fā)揮傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制算法的優(yōu)勢，使發(fā)動(dòng)機(jī)在無外部負(fù)載擾動(dòng)時(shí)更穩(wěn)定運(yùn)行；

49、(2)本發(fā)明避開了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制算法的劣勢區(qū)間，根據(jù)轉(zhuǎn)速變化率計(jì)算動(dòng)態(tài)擾動(dòng)，在負(fù)載變化對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速造成嚴(yán)重影響之前快速響應(yīng)扭矩輸出，使發(fā)動(dòng)機(jī)能承受更強(qiáng)的瞬間負(fù)載變化；

50、(3)本發(fā)明劃分出兩種發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，可在此基礎(chǔ)上增加多種微調(diào)燃燒效率的算法，在工作時(shí)間極短的瞬態(tài)工況，犧牲部分排放或燃油經(jīng)濟(jì)型來實(shí)現(xiàn)短期的超越控制，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的抗負(fù)載沖擊能力。